Gefördert durch: > GOSATCOM 2017 > A. Donner > aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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1 DLRde Folie 1 Gefördert durch: Ein flexibles mehrbenutzerfähiges Datenübertragungsprotokoll für ein geostationäres Relaissatellitensystem Anton Donner, Hermann Bischl, Hartmut Brandt, Zoltán Katona DLR Institut für Kommunikation und Navigation GOSATCOM 2017 aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

2 DLRde Folie 2 Motivation RF-Relaissatellitensysteme für LEO Satelliten Direkter LEO-Boden- Link kurze Kontaktzeiten hohe Datenraten aufwändiges Bodensegment GeReLEO Creating Access Relaissatellit mit optischen ISLs lange Kontaktzeiten sehr hohe Datenraten für größere LEO Satelliten Bildquelle: DLR (CC-BY 30) RF-GEO-Relaissystem lange Kontaktzeiten kleine bis moderate Datenraten für viele kleine LEO Sat (und UAS!) geeignet voll mehrteilnehmerfähig

3 DLRde Folie 3 Konzept Geostationäres RF-Relaissatellitensystem Bidirektional: Telemetry/ Telecommand Unidirektional: hochratiger Datendownload LEO 1 LEO 2 LEO 3 LEO 4 MF-TDMA TDM MF-TDMA Multi-Beam Ka-Band Antenna (High Rate Rx) Conical Horn Antenna for Global Beam (Low Rate Tx/Rx) GEO Data Relay Satellite LEO w TDM MF-TDMA High Data Rate Unidirectional Links LEO Satellite Operator 1 Low Data Rate Telecommand Link for Signalling GeReLEO Gateway Low Data Rate Telemetry Link LEO Satellite Operator n GeReLEO Network Control Centre (NCC)

4 DLRde Folie 4 Herausforderungen Vielfachzugriff (Unterstützung mehrerer LEO-Satelliten) Möglichst hoher Datendurchsatz Zeitvarianter Übertragungskanal Regendämpfung (GEO - Gateway) Abstandsänderung GEO LEO Durchfliegen der GEO-Beams, mögliche Fehlausrichtung der Antennen Beamwechsel LEO Satellit zeitweise nicht sichtbar Mögl Leistungsbeschränkung der LEO-Satelliten Entwicklung eines geeigneten Datenübertragungsprotokolls (Data Link Layer, DLL) im GeReLEO-MODULOS Projekt

5 DLRde Folie 5 > Ein flexibles mehrbenutzerf Datenübertragungsprotokoll für ein geost Relaissatellitensystem > A Donner et al Gosatcom 2017 > Nov 2017 GeReLEO Vielfachzugriffs- und Multiplexing-Verfahren Flexibles MF-TDMA mit variablen Zeitschlitzen im Reverse-Link Flexibles TDM im Forward-Link Frequency Flexible MF-TDMA scheme One LEO satellite per timeslot Frequency Flexible TDM scheme One or more LEO satellites per timeslot Channel n Timeslot 1 Timeslot 2 Channel k Timeslot 1 Timeslot 2 Channel 2 Timeslot 1 Timeslot 2 Timeslot 3 Channel 2 Timeslot 1 Timeslot 2 Timeslot 3 Channel 1 Timeslot 1 Timeslot 2 Timeslot 3 Time Channel 1 (emergency chan) Timeslot 1 Timeslot 2 Timeslot 3 Time Reverse Link (LEO GEO GS) Forward Link (GS GEO LEO)

6 DLRde Folie 6 Eigenschaften des entwickelten Data Link Layers Flexibles Mehrfrequenz-Zeitmultiplex für die Kommunikation mit mehreren LEO Satelliten Unterstützung von Adaptive Coding and Modulation (ACM), Variable Coding and Modulation (VCM) und Constant Coding and Modulation (CCM) Skalierbarkeit des Systems: Maximale Flexibilität des Radioressourcenmanagements durch die Verwendung von variablen Zeitschlitzen, Schutzzeiten, Bandbreiten, Sync Word Injection sowie dynamische Frequenzzuweisung und weitere Mechanismen, die die Einhaltung von Service Level Agreements (SLAs) ermöglichen Plattformunabhängigkeit der Softwarearchitektur, dh Anbindung an beliebige physikalische Schichten (optisch, RF) und Applikationen möglich

7 DLRde Folie 7 Data Link Layer (DLL) Softwarearchitektur

8 DLRde Folie 8 Implementierung als Engineering Model im GeReLEO- MODULOS Projekt GeReLEO Size Mass DC Power Supply Power Consumption Ka-band TX frequency Ka-band RX frequency IF interface 223 x 203 x 80mm³ 25 kg 28 V 22 W GHz GHz 70 MHz Creating Access

9 DLRde Folie 9 > Ein flexibles mehrbenutzerf Datenübertragungsprotokoll für ein geost Relaissatellitensystem > A Donner et al Gosatcom 2017 > Nov 2017 Zusammenfassung und Ausblick Mehrbenutzerfähiges Datenübertragungsprotokoll für ein geostationäres Relaissatellitensystem wurde entwickelt: flexibles Vielfachzugriffsverfahren zur Unterstützung mehrerer LEO Satelliten im gleichen GEO Beam adaptive Codierung und Modulation zur Anpassung an zeitvariante Übertragungskanäle Datenübertragungsprotokoll wurde auf einem Modem mit ARM Prozessor (eines FPGAs) implementiert und demonstriert Ausblick Miniaturisierung des LEO Modems für kleine/leichte Satelliten (oder UAS, Rover, etc)